트위스트 광 방출: 미래 전자 효율성 향상

전구는 일관된 조명을 제공하고 일반 대중이 이용할 수 있도록 발명되었습니다. 이를 더 비용 효율적으로 만들기 위한 지속적인 연구와 실험은 발광 다이오드, 즉 LED의 개발로 이어졌습니다.

LED 기술은 5년 전 과학자 Nick Holonyak Jr.가 General Electric에서 일할 때 발명했는데, 당시 그는 이를 "마법의 기술"이라고 불렀습니다.

LED는 시간이 지날수록 더욱 향상되고, 더 밝고, 비용 효율성이 높아지며, 더 신뢰성이 높아져 백열전구를 대체하며 교통 신호등에 널리 채택되고 있습니다.

오늘날, 전통적인 "노란색" 전구는 특정 응용 분야에만 국한되어 있는 반면, LED는 뛰어난 에너지 효율성, 긴 수명, 다재다능함 덕분에 일반 조명 응용 분야를 선도하고 있습니다.

물론 혁신은 결코 멈추지 않습니다. 사실 LED의 발명은 OLED(유기 발광 다이오드, 유기 전기 발광 다이오드라고도 함)의 길을 열었습니다.

이는 연구자들이 무기 물질 대신 유기 화합물을 사용해 반도체 물질에 전기를 통과시켜 빛을 생성하는 LED와 동일한 효과를 얻을 가능성을 탐구한 결과입니다. 

최초의 OLED 장치는 1987년 이스트먼 코닥 회사의 과학자 스티븐 반 슬라이크와 칭 탕에 의해 개발되었습니다.

LED와 OLED는 모두 전기를 사용하여 빛을 생성하는 반면, OLED는 유기 재료를 사용하여 빛을 방출합니다. 이러한 유기 LED는 탄소 기반 재료를 사용하여 기존 LED보다 더 얇은 디스플레이, 더 나은 색상 재현 및 더 빠른 응답 시간을 제공할 수 있습니다.

그 결과, OLED 기술은 스마트폰, TV 및 기타 고급 전자 기기에 도입되었습니다. 그러나 OLED 기술은 빠르게 발전하고 있지만 아직 널리 채택되지는 않았습니다.

OLED 기술 살펴보기

이제 OLED에 대해 자세히 살펴보겠습니다. LED와 달리 유기 발광 다이오드는 시트로 만들어지기 때문에 확산 영역 광원입니다. 반면 LED는 집중된 작은 점 광원입니다.

OLED는 확산광을 사용하기 때문에 작업 표면에 매우 가까이서 사용할 수 있으며, 사용자에게 눈부심을 유발하지 않습니다. 즉, 적은 빛으로도 원하는 조도를 얻을 수 있어 효율성이 매우 높습니다.

OLED는 유연성이 뛰어나 거의 모든 모양으로 제작이 가능해 디자인 가능성이 확대되고 새로운 조명 경험이 가능해졌습니다.

OLED의 구조에 관해서 말하자면, 이 고체 소자는 두 개의 전도성 전극(양극과 음극) 사이에 일련의 얇은 탄소 기반 반도체 층으로 구성되어 있습니다. 

이 장치는 인접한 전극이 전류를 인가하면 빛을 방출합니다. 빛이 장치에서 빠져나가려면 적어도 하나의 전극이 투명해야 합니다.

인가하는 전류의 양을 조절함으로써, 방출되는 빛의 강도를 조절할 수 있습니다. 

빛의 색상은 사용된 방출 물질의 유형에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 흰색 빛은 여러 구성으로 배열할 수 있는 빨간색, 녹색 및 파란색 방출기를 사용하여 생성됩니다.

다른 유형의 OLED로는 백색, 투명, 능동형, 수동형, 폴더블 및 상부 발광 OLED 등이 있습니다.

오늘날 OLED는 지배적인 스마트폰 디스플레이 기술입니다. 이는 OLED 디스플레이가 얇고 효율적일 뿐만 아니라 투명하고 유연하며 접을 수 있고 최상의 이미지 품질을 제공하기 때문입니다. 넓은 시야각과 높은 대비율은 기존 디스플레이 기술에 비해 OLED 기술이 가진 또 다른 장점입니다.

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OLED 기술의 확대되는 채택

글로벌 OLED 시장은 지난 수년간 크게 성장했으며 앞으로도 계속 성장할 것입니다.

시장은 실제로 연평균 성장률 13.20 %로 예상 2022년부터 2029년까지 규모는 104.4억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

이러한 성장의 주요 원동력은 가전제품 부문의 수요 증가입니다. 또한, 웨어러블 기기 시장이 성장하고 AR 및 VR 기기에 OLED 디스플레이가 통합되면서 새로운 성장 기회가 생깁니다.

그 다음에는 다음과 같은 것이 등장합니다. 유연하고 접을 수 있는 OLED 디스플레이, 이는 흥미로운 새로운 트렌드로, 컴팩트한 형태로 더 큰 화면의 편리함을 약속합니다. 이러한 디스플레이는 독특한 경험을 위한 혁신적인 제품 디자인과 애플리케이션을 가능하게 합니다.

OLED 디스플레이는 인포테인먼트 시스템, 대시보드, 뒷좌석 엔터테인먼트 시스템에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. EV에 대한 수요 증가와 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 자동차 부문의 성장에 기여할 것으로 기대됩니다.

디스플레이 외에도 OLED 기술은 조명 산업에서도 잠재력이 있으며, 뛰어난 색상 렌더링, 균일한 조명 및 고유한 조명 디자인을 만드는 기능을 제공합니다. 에너지 효율적인 조명 솔루션에 대한 집중이 커지고 대형 OLED 패널이 개발되면서 상업용 조명, 건축 조명 및 장식 조명 애플리케이션에서 성장 기회가 제공됩니다.

OLED 시장 성장을 견인하는 또 다른 요인은 지속적인 기술 발전입니다. 여기에는 더 효과적인 소재, 캡슐화 방법, 향상된 성능, 비용 절감 및 더 긴 수명을 제공하는 제조 공정이 포함됩니다.

그러나 성능이 크게 향상되고 스마트폰 디스플레이에 널리 사용되기 시작했음에도 불구하고 OLED는 여전히 많은 과제에 직면해 있습니다. 

비용은 OLED 시장의 주요 과제 중 하나입니다. 생산 비용이 높은 이유는 OLED 디스플레이가 값비싼 유기 재료와 복잡한 제조 공정을 필요로 하기 때문이며, 이는 LCD와 같은 기존 기술보다 더 비쌉니다. 

생산 과정에서 발생하는 또 다른 문제는 수율인데, 작은 결함만으로도 상당수의 비기능 OLED 디스플레이가 발생할 수 있기 때문입니다. 또한 특정 유기 재료에 대한 의존성은 공급망 문제를 일으킵니다.

그리고 OLED 디스플레이는 수명이 제한되어 있다는 문제도 있습니다. 또한, 휴대용 기기의 전력 소비를 최소화하고 배터리 수명을 늘리는 데 중요한 에너지 효율성도 문제입니다.

또 다른 제한 요소는 효율적인 청색 방출기를 안정화할 수 없다는 것입니다. OLED 기술은 또한 시장을 여전히 지배하고 있는 LCD(액정 디스플레이) 및 상용화 초기 단계에 있지만 잠재적으로 더 긴 수명을 제공하는 마이크로 LED와 같은 다른 디스플레이 기술과의 경쟁에 직면해 있습니다. 

또한, 대형 디스플레이 전체에 걸쳐 이미지가 번지거나 균일성이 저하될 수 있는 기술적 한계도 디스플레이 소재, 구조 및 제조 공정의 개선을 통해 극복해야 합니다.

연구자들은 이런 한계를 적극적으로 극복하기 위해 노력하고 있으며, 특히 최근의 발전으로 TV와 스마트폰에서 OLED 디스플레이의 효율성을 향상시킬 수 있는 엄청난 잠재력이 있음을 보여주었습니다.

카이랄 반도체로 OLED 효율성 향상

케임브리지 대학과 에인트호번 공과대학의 연구자들은 전자를 나선형 패턴으로 움직이도록 유도하여 원형 편광광을 방출하는 유기 반도체를 개발했습니다. 

이는 수십 년 동안 유기 반도체 분야에서 해결해 온 과제를 발전시켜 달성되었으며, 이를 통해 OLED 디스플레이의 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 스핀트로닉스 및 양자 컴퓨팅과 같은 차세대 기술의 길을 열 수 있었습니다.

연구 저널 Science에 게재됨¹ 기존 OLED에서는 낮은 수준인 강력한 원형 편광 발광(CPL)을 달성하기 위해 반도체 소재에 키랄성을 도입하는 데 큰 관심을 보였습니다.

현재의 효율적인 OLED 시스템은 호스트에서 공간적으로 분리된 발광 분자를 사용하는데, 이로 인해 약한 CPL이 생성됩니다. 

높은 CPL을 달성하기 위한 시도가 있었지만, 최적화된 OLED 장치 아키텍처와 호환되지 않았습니다. 그러나 최신 연구자들은 전자가 나선형 패턴으로 움직이도록 유도하는 유기 반도체를 성공적으로 만들었습니다.

이는 triazatruxene 분자를 기반으로 하는 키랄 초분자 나노구조를 가진 얇고 균일한 필름을 만드는 새로운 방법 덕분입니다. 이 방법은 OLED 제조에 절대적으로 적합하며 높은 녹색 CPL을 나타냅니다. 

"이것은 키랄 반도체를 만드는 데 있어서 진정한 돌파구입니다. 분자 구조를 신중하게 설계함으로써 우리는 구조의 키랄성을 전자의 움직임과 결합시켰고, 이는 이 수준에서 이전에는 한 번도 이루어진 적이 없습니다."

– 에인트호번 공과대학의 베르트 마이어 교수. 

개발된 키랄 반도체는 원형 편광된 빛을 방출하는데, 이는 이 빛이 전자의 '핸디함'에 대한 정보를 담고 있음을 의미합니다. 

문제는 대부분 무기 반도체의 내부 구조가 대칭적이어서 전자가 선호하는 방향으로 이동하지 않는다는 것입니다. 

자연에서 분자는 보통 좌우 구조인 키랄 구조를 가지고 있습니다. 키랄 분자(DNA와 같은)는 서로의 거울상이며, 키랄성은 생물학적 과정에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 전자 장치를 활용하고 제어하는 ​​것은 어렵습니다.

그래서 키랄 반도체를 만들기 위해 연구자들은 자연에서 영감을 얻었습니다. 그들은 반도체 분자의 스택을 밀어서 정렬된 우향 또는 좌향 나선형 기둥을 형성했습니다. 

이러한 키랄 반도체는 디스플레이 기술에서 유망성을 보여줍니다. 현재 제품은 화면에서 빛이 필터링되는 방식 때문에 많은 에너지를 낭비하는 경향이 있습니다. 한편, 새로 개발된 키랄 반도체는 이러한 손실을 줄일 수 있는 방식으로 자연스럽게 빛을 방출하여 화면을 더 밝고 에너지 효율적으로 만듭니다.

연구를 공동으로 이끈 케임브리지 캐번디시 연구실의 리처드 프렌드 교수에 따르면:

"제가 유기 반도체로 작업을 시작했을 때 많은 사람이 그 잠재력을 의심했지만, 지금은 디스플레이 기술을 지배하고 있습니다. 단단한 무기 반도체와 달리 분자 재료는 놀라운 유연성을 제공하여 키랄 LED와 같이 완전히 새로운 구조를 설계할 수 있습니다. 직사각형 블록이 아니라 상상할 수 있는 모든 모양의 레고 세트로 작업하는 것과 같습니다."

반도체의 기반으로 사용된 물질은 트리아자트럭센(TAT)으로, 6개 분자 피치의 나선형 스택으로 조립됩니다. 이를 통해 전자가 그 구조를 따라 감겨 관찰된 CPL을 얻는 데 도움이 됩니다. 

자체 조립된 TAT는 자외선에 노출되면 "강한 원형 편광으로 밝은 녹색 빛을 방출합니다." 에인트호번 공과대학의 공동 저자 마르코 프로이스는 이 효과가 반도체에서 얻기 매우 어려웠다고 언급했습니다. 즉, 지금까지는 말입니다. 

“TAT의 구조는 전자가 효율적으로 움직일 수 있게 하면서 빛이 방출되는 방식에도 영향을 미칩니다.”

– 프로이스

OLED 제조 방법을 변경함으로써 연구진은 원형 편광 OLED(CP-OLED)에서 TAT를 성공적으로 사용할 수 있었으며, 이는 뛰어난 밝기, 효율성, 편광 수준을 보여주었습니다.

이 연구에서는 OLED가 최대 16%의 외부 양자 효율과 10% 이하의 전기 발광 불균형을 보였다고 밝혔습니다. 케임브리지 캐번디시 연구소의 공동 XNUMX저자 리투파르노 초우두리에 따르면:

"우리는 스마트폰에서와 같이 OLED를 만드는 표준 레시피를 근본적으로 재작업하여 안정적이고 비결정성 매트릭스 내에 키랄 구조를 가두었습니다. 이는 오랫동안 이 분야에서 다루지 못했던 원형 편광 LED를 만드는 실용적인 방법을 제공합니다."

디스플레이 외에도 최신 개발은 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스에도 영향을 미칩니다. 스핀트로닉스는 전자의 고유한 각운동량(또는 스핀)을 사용하여 정보를 저장하고 처리하여 더 빠르고 안전한 컴퓨팅 시스템을 구축하는 데 사용됩니다.

실제 적용 측면에서 볼 때, 이러한 획기적인 기술은 향후 3~5년 내에 디스플레이 기술 분야에서 상업적 적용을 보일 수 있고, 스핀트로닉스와 양자 컴퓨팅 분야에서는 향후 XNUMX년 내에 응용 분야가 개발될 가능성이 있습니다.

혁신적인 회사

유니버설 디스플레이 주식회사 (OLED )

Universal Display Corporation(UDC)은 평판 디스플레이, 조명 및 유기 전자 제품에 사용되는 OLED 기술의 개발 및 상용화 분야의 선두 주자입니다. 또한 OLED 디스플레이 및 조명을 위한 유기 재료 및 기술의 주요 공급업체이기도 합니다. 

약 6,000년 전에 설립된 UDC는 차세대 디스플레이 개발을 목표로 합니다. UDC의 독점 기술과 소재는 스마트폰, 스마트워치, 태블릿, TV 등 전 세계 상업용 OLED 제품에 사용되고 있습니다. 가장 대표적인 제품으로는 LG OLED TV와 삼성 갤럭시 시리즈가 있습니다. UDC는 전 세계적으로 XNUMX개 이상의 특허를 보유하고 있으며, 출원 중입니다.

이 회사는 더 높은 효율성과 향상된 성능을 제공하는 인광 OLED(PHOLED) 소재의 연구, 개발 및 상용화를 전문으로 합니다. 

시가총액이 7.425억 156.41만 달러인 USD 주식은 이 글을 쓰는 시점에 6.98달러에 거래되고 있으며, YTD 기준으로 4.65% 상승했습니다. EPS(TTM)는 33.64이고, P/E(TTM) 비율은 1.15이며, 배당수익률은 XNUMX%입니다.

한 달 전, Universal Display Corporation 발표 162.3년 4분기 재무 결과에 따르면 매출은 2024억 158.3만 달러로 2023년 같은 분기 대비 XNUMX억 XNUMX만 달러 증가했습니다.

이 기간 동안 재료 판매 수익은 회사의 에미터 재료 수요 증가로 93.3만 달러로 증가했습니다. 로열티 및 라이선스 수수료는 누적 캐치업 조정 감소로 인해 수익이 감소한 64.4만 달러를 기록했습니다.

4분기에 회사의 자재 판매 비용은 단위 자재량 증가로 인해 34.2만 달러였고, 총 매출 총 이익률은 77%였습니다. 영업 이익은 52.5만 달러였고, 순이익은 46.0만 달러 또는 희석 주당 0.96달러였습니다.

회사는 연간 총 수익이 647.7억 12.36만 달러로 전년 대비 365.4% 증가했다고 보고했습니다. 여기에는 137억 266.8만 달러가 들어간 자재 판매에서 XNUMX억 XNUMX만 달러, 로열티 및 라이선스 수수료에서 XNUMX억 XNUMX만 달러가 포함되었습니다.

238.8년 영업이익은 222.1억 4.65만 달러, 순수익은 2024억 203만 달러(희석 주당 4.24달러)였는데, 2023년에는 XNUMX억 XNUMX만 달러(희석 주당 XNUMX달러)였습니다.

UDC는 또한 캘리포니아 OVJP 지점의 계획된 폐쇄와 관련하여 8.9만 달러의 구조 조정 비용을 보고했습니다.

UDC 부사장 겸 최고재무책임자인 브라이언 밀러드는 "견고한 재무 실적의 기록적인 한 해"에 대해 이야기하면서 OLED 산업 전체에서 나타난 성장과 발전을 언급했습니다. 

Millard는 기업들이 제품 로드맵을 확장하고 있으며, 선도적인 패널 제조업체들이 증가하는 수요를 충족하기 위해 새로운 공장에 투자하고 있으며, 특히 신흥 IT 및 자동차 시장이라고 덧붙였습니다.

"우리는 이 새로운 자본 지출 주기가 의미 있는 새로운 OLED 용량, 새로운 OLED 제품 및 새로운 OLED 채택자를 위한 길을 열 것이라고 믿습니다."

올해 UDC는 수익이 640억 700천만 달러에서 XNUMX억 달러 사이가 될 것으로 예상하며, "OLED 산업은 여전히 ​​많은 변수가 결과에 중대한 영향을 미칠 수 있는 단계에 있다"고 언급했습니다.

회사는 또한 0.45년 2025분기에 주당 31달러의 현금 배당금을 모든 주주에게 2025년 XNUMX월 XNUMX일에 지급한다고 발표했습니다.

"생태계의 선구자이자 리더로서, 우리는 에너지 효율적이고 고성능 인광 소재와 OLED 기술로 구성된 광범위한 포트폴리오를 통해 고객을 계속 지원하고 산업을 활성화할 수 있는 좋은 위치에 있습니다."

– CFO 밀러드

Universal Display Corporation의 최신 소식

맺음말

발광 다이오드의 진화는 디스플레이와 조명 기술을 크게 향상시켰습니다. 이러한 발전에서 OLED 기술은 더 나은 이미지 품질, 더 얇고 가벼운 디자인, 유연성 및 혁신의 이점을 가져왔습니다. 

OLED 기술은 초창기부터 크게 발전했지만 효율성과 비용 측면에서 어려움에 직면해 있습니다. 따라서 최근 키랄 반도체의 발전은 개발의 중요한 순간을 나타냅니다.

전자의 움직임을 제어하고 높은 효율로 원형 편광을 방출하는 능력은 디스플레이 기술을 크게 변화시킬 수 있습니다. 또한 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스에서 새로운 가능성의 문을 열 것입니다. 

이 혁신의 상업적 응용이 눈앞에 다가온 가운데, 이 연구는 전자 장치의 작동 방식을 새롭게 정의하고 가까운 미래에 더 에너지 효율적이고 고성능의 전자 장치를 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.